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《電腦鼠走迷宮的研究》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、基于ARM的電腦鼠走迷宮的研究時(shí)間:2011-05-2017:17:01來(lái)源:現(xiàn)代電子技術(shù)作者:蔣雄,任化龍,馬忠麗摘要:目標(biāo)是設(shè)計(jì)制作集傳感器與控制于一體的,能夠自動(dòng)穿越迷宮的電腦鼠。該電腦鼠結(jié)合了模擬電路、數(shù)字電路,自動(dòng)控制理論等相關(guān)專業(yè)知識(shí)。提出將模塊化方法應(yīng)用于系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì),不僅提高了軟硬件開發(fā)效率,而且提高了軟硬件在實(shí)驗(yàn)及檢修過(guò)程中的可維護(hù)性、可升級(jí)性。這里設(shè)計(jì)的電腦鼠能在迷宮中搜索路徑,走出迷宮,并能實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化。關(guān)鍵詞:電腦鼠;嵌入式;ARM;迷宮路徑優(yōu)化0引言???電腦鼠(Micromouse)是智能機(jī)電鼠的簡(jiǎn)稱,是一個(gè)由微處理器控制的集探測(cè)、分析、行走功能于一體,能夠
2、自動(dòng)搜索最佳路徑到達(dá)目的地的微型機(jī)器人。實(shí)際上電腦鼠就是一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)小車,而這個(gè)電動(dòng)小車是由一個(gè)或多個(gè)微控制器來(lái)控制,通過(guò)傳感器和其他各功能器件的配合,具備一定的智能。同時(shí),電腦鼠需擁有探測(cè)障礙物、行走、轉(zhuǎn)彎、加減速和制動(dòng)等基本功能。???本文是以“IEEE國(guó)際電腦鼠競(jìng)賽”為背景,以美國(guó)LuminaryMicro公司生產(chǎn)的ARMCortexM3內(nèi)核的ARM處理器LM3S615為主控制器,控制和檢測(cè)紅外傳感器;微控制器根據(jù)檢測(cè)到的傳感信號(hào),控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,調(diào)整行走,按照載入搜索算法進(jìn)行迷宮的探測(cè),尋找最短路徑,最終實(shí)現(xiàn)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的沖刺。1電腦鼠系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案???如圖1所示,整個(gè)系統(tǒng)可以
3、大致分為以下主要部分:電源模塊,控制模塊,執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊,傳感器模塊,機(jī)身模塊??梢宰鲂蜗蟮谋扔鳎弘娫茨K是電腦鼠的葡萄糖,控制模塊是電腦鼠的大腦,傳感器模塊是電腦鼠的眼睛,機(jī)身模塊是電腦鼠的軀干,執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電腦鼠的腿;各模塊之間相互配合使電腦鼠正常工作并尋找到終點(diǎn)。2電腦鼠硬件研究與實(shí)現(xiàn)2.1電腦鼠硬件設(shè)計(jì)原理???本文研究的電腦鼠是一個(gè)跨學(xué)科的綜合作品,主要由電源、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、控制核心電路、機(jī)身5個(gè)部分組成,如圖1所示。所以,電腦鼠的硬件設(shè)計(jì)主要包括電源模塊、微控制器單元模塊、傳感器模塊、電機(jī)控制模塊4個(gè)部分的設(shè)計(jì)。其中LM3S615微控制器是電腦鼠的核心,通過(guò)檢測(cè)到的傳感器信號(hào),結(jié)
4、合載入的搜索算法,控制步進(jìn)電機(jī),實(shí)現(xiàn)電腦鼠在迷宮中的行走。2.2電源模塊???電源模塊包括供電電池和電壓調(diào)節(jié)電路。供電電池為2200mAh,7.4V的可充電鋰電池。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓由電源直接供給;LM3S615微控制器需3.3V電壓供電,電壓調(diào)節(jié)電路采用Exar公司生產(chǎn)的SPX1117M3-3.3芯片將電源電壓穩(wěn)至3.3V;電腦鼠所使用的紅外線傳感器工作電壓為5V,升壓芯片采用Exar公司生產(chǎn)的SP6641A將已經(jīng)較為穩(wěn)定的3.3V電壓升至5V。2.3微控制器單元模塊???本文采用美國(guó)LuminaryMicro公司生產(chǎn)的CorteX-M3內(nèi)核的ARM處理器LM3S615,該芯片具有32位RISC
5、性能,具備32KB單周期FLASH,8KB單周期SRAM,29個(gè)中斷,帶8個(gè)優(yōu)先級(jí)。微控制器模塊和其他模塊共同構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng),通過(guò)對(duì)路程信號(hào)、岔口信號(hào)和姿勢(shì)修正信號(hào)的檢測(cè),經(jīng)由LM3S615進(jìn)行運(yùn)算,再將結(jié)果賦給電機(jī)執(zhí)行,由此實(shí)現(xiàn)電腦鼠的智能穿越迷宮。2.4傳感器模塊2.4.1傳感器模塊組成???傳感器模塊采用紅外傳感器:紅外線發(fā)射對(duì)管SIR563ST3F和IRM8601S,紅外線收發(fā)對(duì)管IR204和PD204-6B。紅外線發(fā)射管SIR563ST3F最大輻射角約為30°,工作中心頻率38kHz;紅外線接受管IRM8601S為一體式紅外線接收頭,最佳工作波長(zhǎng)940nm??梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置
6、不同的發(fā)射頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)用一個(gè)紅外傳感器完成遠(yuǎn)距和近距探測(cè)的功能。紅外線發(fā)射管IR204和紅外線接收管PD204-6B工作波長(zhǎng)均為940nm,它們固定在兩輪內(nèi)側(cè),并在輪內(nèi)貼上黑白碼盤,碼盤隨車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)傳感器正對(duì)著碼盤黑色條紋時(shí),輸出高電平,反之低電平。通過(guò)GPIO口中斷檢測(cè)電平變化,就可以計(jì)算并記錄電腦鼠行走的距離。2.4.2傳感器模塊功能???(1)路程檢測(cè)。由安裝在兩輪內(nèi)側(cè)的紅外線收發(fā)管IR204和PD204-6B,對(duì)黑白碼盤條紋進(jìn)行計(jì)數(shù),按照迷宮單元的長(zhǎng)度為單位進(jìn)行路程計(jì)數(shù),以記錄電腦鼠在迷宮中的方位坐標(biāo),同時(shí)還可以精確地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。???(2)岔口檢測(cè)。岔口檢測(cè)由安裝在正前、左前
7、、右前的3個(gè)紅外線發(fā)射對(duì)管SZR563ST3F和IRM8601S實(shí)現(xiàn),工作波長(zhǎng)940nm,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外測(cè)距功能,探測(cè)前、左、右有無(wú)障礙。???(3)姿勢(shì)修正。姿勢(shì)修正由左右2個(gè)紅外線發(fā)射對(duì)管SIR563ST3F和IRM8601S實(shí)現(xiàn),發(fā)射信號(hào)約30.5kHz,實(shí)現(xiàn)近紅外測(cè)距功能,保持電腦鼠在中軸線附近行走,避免撞擊迷宮。值得注意的是,在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中不要進(jìn)行姿勢(shì)修正,這樣有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎的角度出現(xiàn)偏差,即電腦鼠只是在